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traadv.F90 in NEMO/branches/2020/dev_r13508_HPC-09_loop_fusion/src/OCE/TRA – NEMO

source: NEMO/branches/2020/dev_r13508_HPC-09_loop_fusion/src/OCE/TRA/traadv.F90 @ 13881

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loop fusion v1 - mus and fct advection schemes - ticket #2367

  • Property svn:keywords set to Id
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Line 
1MODULE traadv
2   !!==============================================================================
3   !!                       ***  MODULE  traadv  ***
4   !! Ocean active tracers:  advection trend
5   !!==============================================================================
6   !! History :  2.0  !  2005-11  (G. Madec)  Original code
7   !!            3.3  !  2010-09  (C. Ethe, G. Madec)  merge TRC-TRA + switch from velocity to transport
8   !!            3.6  !  2011-06  (G. Madec)  Addition of Mixed Layer Eddy parameterisation
9   !!            3.7  !  2014-05  (G. Madec)  Add 2nd/4th order cases for CEN and FCT schemes
10   !!             -   !  2014-12  (G. Madec) suppression of cross land advection option
11   !!            3.6  !  2015-06  (E. Clementi) Addition of Stokes drift in case of wave coupling
12   !!----------------------------------------------------------------------
13
14   !!----------------------------------------------------------------------
15   !!   tra_adv       : compute ocean tracer advection trend
16   !!   tra_adv_init  : control the different options of advection scheme
17   !!----------------------------------------------------------------------
18   USE oce            ! ocean dynamics and active tracers
19   USE dom_oce        ! ocean space and time domain
20   USE domvvl         ! variable vertical scale factors
21   USE sbcwave        ! wave module
22   USE sbc_oce        ! surface boundary condition: ocean
23   USE traadv_cen     ! centered scheme            (tra_adv_cen  routine)
24   USE traadv_fct     ! FCT      scheme            (tra_adv_fct  routine)
25   USE traadv_fct_lf  ! FCT      scheme            (tra_adv_fct  routine - loop fusion version)
26   USE traadv_mus     ! MUSCL    scheme            (tra_adv_mus  routine)
27   USE traadv_mus_lf  ! MUSCL    scheme            (tra_adv_mus  routine - loop fusion version)
28   USE traadv_ubs     ! UBS      scheme            (tra_adv_ubs  routine)
29   USE traadv_qck     ! QUICKEST scheme            (tra_adv_qck  routine)
30   USE tramle         ! Mixed Layer Eddy transport (tra_mle_trp  routine)
31   USE ldftra         ! Eddy Induced transport     (ldf_eiv_trp  routine)
32   USE ldfslp         ! Lateral diffusion: slopes of neutral surfaces
33   USE trd_oce        ! trends: ocean variables
34   USE trdtra         ! trends manager: tracers
35   USE diaptr         ! Poleward heat transport
36   !
37   USE in_out_manager ! I/O manager
38   USE iom            ! I/O module
39   USE prtctl         ! Print control
40   USE lib_mpp        ! MPP library
41   USE timing         ! Timing
42
43   IMPLICIT NONE
44   PRIVATE
45
46   PUBLIC   tra_adv        ! called by step.F90
47   PUBLIC   tra_adv_init   ! called by nemogcm.F90
48
49   !                            !!* Namelist namtra_adv *
50   LOGICAL ::   ln_traadv_OFF    ! no advection on T and S
51   LOGICAL ::   ln_traadv_cen    ! centered scheme flag
52   INTEGER ::      nn_cen_h, nn_cen_v   ! =2/4 : horizontal and vertical choices of the order of CEN scheme
53   LOGICAL ::   ln_traadv_fct    ! FCT scheme flag
54   INTEGER ::      nn_fct_h, nn_fct_v   ! =2/4 : horizontal and vertical choices of the order of FCT scheme
55   LOGICAL ::   ln_traadv_mus    ! MUSCL scheme flag
56   LOGICAL ::      ln_mus_ups           ! use upstream scheme in vivcinity of river mouths
57   LOGICAL ::   ln_traadv_ubs    ! UBS scheme flag
58   INTEGER ::      nn_ubs_v             ! =2/4 : vertical choice of the order of UBS scheme
59   LOGICAL ::   ln_traadv_qck    ! QUICKEST scheme flag
60
61   INTEGER ::   nadv             ! choice of the type of advection scheme
62   !                             ! associated indices:
63   INTEGER, PARAMETER ::   np_NO_adv  = 0   ! no T-S advection
64   INTEGER, PARAMETER ::   np_CEN     = 1   ! 2nd/4th order centered scheme
65   INTEGER, PARAMETER ::   np_FCT     = 2   ! 2nd/4th order Flux Corrected Transport scheme
66   INTEGER, PARAMETER ::   np_MUS     = 3   ! MUSCL scheme
67   INTEGER, PARAMETER ::   np_UBS     = 4   ! 3rd order Upstream Biased Scheme
68   INTEGER, PARAMETER ::   np_QCK     = 5   ! QUICK scheme
69   
70#  include "domzgr_substitute.h90"
71   !!----------------------------------------------------------------------
72   !! NEMO/OCE 4.0 , NEMO Consortium (2018)
73   !! $Id$
74   !! Software governed by the CeCILL license (see ./LICENSE)
75   !!----------------------------------------------------------------------
76CONTAINS
77
78   SUBROUTINE tra_adv( kt, Kbb, Kmm, pts, Krhs )
79      !!----------------------------------------------------------------------
80      !!                  ***  ROUTINE tra_adv  ***
81      !!
82      !! ** Purpose :   compute the ocean tracer advection trend.
83      !!
84      !! ** Method  : - Update (uu(:,:,:,Krhs),vv(:,:,:,Krhs)) with the advection term following nadv
85      !!----------------------------------------------------------------------
86      INTEGER                                  , INTENT(in)    :: kt             ! ocean time-step index
87      INTEGER                                  , INTENT(in)    :: Kbb, Kmm, Krhs ! time level indices
88      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk,jpts,jpt), INTENT(inout) :: pts            ! active tracers and RHS of tracer equation
89      !
90      INTEGER ::   jk   ! dummy loop index
91      REAL(wp), DIMENSION(jpi,jpj,jpk)        :: zuu, zvv, zww   ! 3D workspace
92      REAL(wp), DIMENSION(:,:,:), ALLOCATABLE ::   ztrdt, ztrds
93      !!----------------------------------------------------------------------
94      !
95      IF( ln_timing )   CALL timing_start('tra_adv')
96      !
97      !                                         !==  effective transport  ==!
98      zuu(:,:,jpk) = 0._wp
99      zvv(:,:,jpk) = 0._wp
100      zww(:,:,jpk) = 0._wp
101      IF( ln_wave .AND. ln_sdw )  THEN
102         DO jk = 1, jpkm1                                                       ! eulerian transport + Stokes Drift
103            zuu(:,:,jk) =   &
104               &  e2u  (:,:) * e3u(:,:,jk,Kmm) * ( uu(:,:,jk,Kmm) + usd(:,:,jk) )
105            zvv(:,:,jk) =   & 
106               &  e1v  (:,:) * e3v(:,:,jk,Kmm) * ( vv(:,:,jk,Kmm) + vsd(:,:,jk) )
107            zww(:,:,jk) =   & 
108               &  e1e2t(:,:)                 * ( ww(:,:,jk) + wsd(:,:,jk) )
109         END DO
110      ELSE
111         DO jk = 1, jpkm1
112            zuu(:,:,jk) = e2u  (:,:) * e3u(:,:,jk,Kmm) * uu(:,:,jk,Kmm)               ! eulerian transport only
113            zvv(:,:,jk) = e1v  (:,:) * e3v(:,:,jk,Kmm) * vv(:,:,jk,Kmm)
114            zww(:,:,jk) = e1e2t(:,:)                 * ww(:,:,jk)
115         END DO
116      ENDIF
117      !
118      IF( ln_vvl_ztilde .OR. ln_vvl_layer ) THEN                                ! add z-tilde and/or vvl corrections
119         zuu(:,:,:) = zuu(:,:,:) + un_td(:,:,:)
120         zvv(:,:,:) = zvv(:,:,:) + vn_td(:,:,:)
121      ENDIF
122      !
123      zuu(:,:,jpk) = 0._wp                                                      ! no transport trough the bottom
124      zvv(:,:,jpk) = 0._wp
125      zww(:,:,jpk) = 0._wp
126      !
127      IF( ln_ldfeiv .AND. .NOT. ln_traldf_triad )   &
128         &              CALL ldf_eiv_trp( kt, nit000, zuu, zvv, zww, 'TRA', Kmm, Krhs )   ! add the eiv transport (if necessary)
129      !
130      IF( ln_mle    )   CALL tra_mle_trp( kt, nit000, zuu, zvv, zww, 'TRA', Kmm       )   ! add the mle transport (if necessary)
131      !
132      CALL iom_put( "uocetr_eff", zuu )                                        ! output effective transport     
133      CALL iom_put( "vocetr_eff", zvv )
134      CALL iom_put( "wocetr_eff", zww )
135      !
136!!gm ???
137      CALL dia_ptr( kt, Kmm, zvv )                                    ! diagnose the effective MSF
138!!gm ???
139      !
140
141      IF( l_trdtra )   THEN                    !* Save ta and sa trends
142         ALLOCATE( ztrdt(jpi,jpj,jpk), ztrds(jpi,jpj,jpk) )
143         ztrdt(:,:,:) = pts(:,:,:,jp_tem,Krhs)
144         ztrds(:,:,:) = pts(:,:,:,jp_sal,Krhs)
145      ENDIF
146      !
147      SELECT CASE ( nadv )                      !==  compute advection trend and add it to general trend  ==!
148      !
149      CASE ( np_CEN )                                 ! Centered scheme : 2nd / 4th order
150         IF (nn_hls.EQ.2) CALL lbc_lnk( 'tra_adv', pts(:,:,:,:,Kmm), 'T', 1. )
151         CALL tra_adv_cen    ( kt, nit000, 'TRA',         zuu, zvv, zww, Kmm, pts, jpts, Krhs, nn_cen_h, nn_cen_v )
152      CASE ( np_FCT )                                 ! FCT scheme      : 2nd / 4th order
153         IF (nn_hls.EQ.2) THEN
154            CALL lbc_lnk_multi( 'tra_adv', pts(:,:,:,:,Kbb), 'T', 1., pts(:,:,:,:,Kmm), 'T', 1.)
155            CALL lbc_lnk_multi( 'tra_adv', zuu(:,:,:), 'U', -1., zvv(:,:,:), 'V', -1., zww(:,:,:), 'W', 1.)
156            CALL tra_adv_fct_lf ( kt, nit000, 'TRA', rDt, zuu, zvv, zww, Kbb, Kmm, pts, jpts, Krhs, nn_fct_h, nn_fct_v )
157         ELSE
158            CALL tra_adv_fct    ( kt, nit000, 'TRA', rDt, zuu, zvv, zww, Kbb, Kmm, pts, jpts, Krhs, nn_fct_h, nn_fct_v )
159         END IF
160      CASE ( np_MUS )                                 ! MUSCL
161         IF (nn_hls.EQ.2) THEN
162            CALL tra_adv_mus_lf ( kt, nit000, 'TRA', rDt, zuu, zvv, zww, Kbb, Kmm, pts, jpts, Krhs, ln_mus_ups ) 
163         ELSE
164            CALL tra_adv_mus    ( kt, nit000, 'TRA', rDt, zuu, zvv, zww, Kbb, Kmm, pts, jpts, Krhs, ln_mus_ups ) 
165         END IF
166      CASE ( np_UBS )                                 ! UBS
167         IF (nn_hls.EQ.2) CALL lbc_lnk_multi( 'tra_adv', pts(:,:,:,:,Kbb), 'T', 1.)
168         CALL tra_adv_ubs    ( kt, nit000, 'TRA', rDt, zuu, zvv, zww, Kbb, Kmm, pts, jpts, Krhs, nn_ubs_v   )
169      CASE ( np_QCK )                                 ! QUICKEST
170         IF (nn_hls.EQ.2) THEN ; CALL lbc_lnk_multi( 'tra_adv', zuu(:,:,:), 'U', -1., zvv(:,:,:), 'V', -1.)
171            CALL lbc_lnk( 'tra_adv', pts(:,:,:,:,Kbb), 'T', 1.) ; END IF
172         CALL tra_adv_qck    ( kt, nit000, 'TRA', rDt, zuu, zvv, zww, Kbb, Kmm, pts, jpts, Krhs )
173      !
174      END SELECT
175      !
176      IF( l_trdtra )   THEN                      ! save the advective trends for further diagnostics
177         DO jk = 1, jpkm1
178            ztrdt(:,:,jk) = pts(:,:,jk,jp_tem,Krhs) - ztrdt(:,:,jk)
179            ztrds(:,:,jk) = pts(:,:,jk,jp_sal,Krhs) - ztrds(:,:,jk)
180         END DO
181         CALL trd_tra( kt, Kmm, Krhs, 'TRA', jp_tem, jptra_totad, ztrdt )
182         CALL trd_tra( kt, Kmm, Krhs, 'TRA', jp_sal, jptra_totad, ztrds )
183         DEALLOCATE( ztrdt, ztrds )
184      ENDIF
185      !                                              ! print mean trends (used for debugging)
186      IF(sn_cfctl%l_prtctl)   CALL prt_ctl( tab3d_1=pts(:,:,:,jp_tem,Krhs), clinfo1=' adv  - Ta: ', mask1=tmask,               &
187         &                                  tab3d_2=pts(:,:,:,jp_sal,Krhs), clinfo2=       ' Sa: ', mask2=tmask, clinfo3='tra' )
188      !
189      IF( ln_timing )   CALL timing_stop( 'tra_adv' )
190      !
191   END SUBROUTINE tra_adv
192
193
194   SUBROUTINE tra_adv_init
195      !!---------------------------------------------------------------------
196      !!                  ***  ROUTINE tra_adv_init  ***
197      !!               
198      !! ** Purpose :   Control the consistency between namelist options for
199      !!              tracer advection schemes and set nadv
200      !!----------------------------------------------------------------------
201      INTEGER ::   ioptio, ios   ! Local integers
202      !
203      NAMELIST/namtra_adv/ ln_traadv_OFF,                        &   ! No advection
204         &                 ln_traadv_cen , nn_cen_h, nn_cen_v,   &   ! CEN
205         &                 ln_traadv_fct , nn_fct_h, nn_fct_v,   &   ! FCT
206         &                 ln_traadv_mus , ln_mus_ups,           &   ! MUSCL
207         &                 ln_traadv_ubs ,           nn_ubs_v,   &   ! UBS
208         &                 ln_traadv_qck                             ! QCK
209      !!----------------------------------------------------------------------
210      !
211      !                                !==  Namelist  ==!
212      READ  ( numnam_ref, namtra_adv, IOSTAT = ios, ERR = 901)
213901   IF( ios /= 0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namtra_adv in reference namelist' )
214      !
215      READ  ( numnam_cfg, namtra_adv, IOSTAT = ios, ERR = 902 )
216902   IF( ios >  0 )   CALL ctl_nam ( ios , 'namtra_adv in configuration namelist' )
217      IF(lwm) WRITE( numond, namtra_adv )
218      !
219      IF(lwp) THEN                           ! Namelist print
220         WRITE(numout,*)
221         WRITE(numout,*) 'tra_adv_init : choice/control of the tracer advection scheme'
222         WRITE(numout,*) '~~~~~~~~~~~~'
223         WRITE(numout,*) '   Namelist namtra_adv : chose a advection scheme for tracers'
224         WRITE(numout,*) '      No advection on T & S                     ln_traadv_OFF = ', ln_traadv_OFF
225         WRITE(numout,*) '      centered scheme                           ln_traadv_cen = ', ln_traadv_cen
226         WRITE(numout,*) '            horizontal 2nd/4th order               nn_cen_h   = ', nn_fct_h
227         WRITE(numout,*) '            vertical   2nd/4th order               nn_cen_v   = ', nn_fct_v
228         WRITE(numout,*) '      Flux Corrected Transport scheme           ln_traadv_fct = ', ln_traadv_fct
229         WRITE(numout,*) '            horizontal 2nd/4th order               nn_fct_h   = ', nn_fct_h
230         WRITE(numout,*) '            vertical   2nd/4th order               nn_fct_v   = ', nn_fct_v
231         WRITE(numout,*) '      MUSCL scheme                              ln_traadv_mus = ', ln_traadv_mus
232         WRITE(numout,*) '            + upstream scheme near river mouths    ln_mus_ups = ', ln_mus_ups
233         WRITE(numout,*) '      UBS scheme                                ln_traadv_ubs = ', ln_traadv_ubs
234         WRITE(numout,*) '            vertical   2nd/4th order               nn_ubs_v   = ', nn_ubs_v
235         WRITE(numout,*) '      QUICKEST scheme                           ln_traadv_qck = ', ln_traadv_qck
236      ENDIF
237      !
238      !                                !==  Parameter control & set nadv ==!
239      ioptio = 0                       
240      IF( ln_traadv_OFF ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   nadv = np_NO_adv   ;   ENDIF
241      IF( ln_traadv_cen ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   nadv = np_CEN      ;   ENDIF
242      IF( ln_traadv_fct ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   nadv = np_FCT      ;   ENDIF
243      IF( ln_traadv_mus ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   nadv = np_MUS      ;   ENDIF
244      IF( ln_traadv_ubs ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   nadv = np_UBS      ;   ENDIF
245      IF( ln_traadv_qck ) THEN   ;   ioptio = ioptio + 1   ;   nadv = np_QCK      ;   ENDIF
246      !
247      IF( ioptio /= 1 )   CALL ctl_stop( 'tra_adv_init: Choose ONE advection option in namelist namtra_adv' )
248      !
249      IF( ln_traadv_cen .AND. ( nn_cen_h /= 2 .AND. nn_cen_h /= 4 )   &          ! Centered
250                        .AND. ( nn_cen_v /= 2 .AND. nn_cen_v /= 4 )   ) THEN
251        CALL ctl_stop( 'tra_adv_init: CEN scheme, choose 2nd or 4th order' )
252      ENDIF
253      IF( ln_traadv_fct .AND. ( nn_fct_h /= 2 .AND. nn_fct_h /= 4 )   &          ! FCT
254                        .AND. ( nn_fct_v /= 2 .AND. nn_fct_v /= 4 )   ) THEN
255        CALL ctl_stop( 'tra_adv_init: FCT scheme, choose 2nd or 4th order' )
256      ENDIF
257      IF( ln_traadv_ubs .AND. ( nn_ubs_v /= 2 .AND. nn_ubs_v /= 4 )   ) THEN     ! UBS
258        CALL ctl_stop( 'tra_adv_init: UBS scheme, choose 2nd or 4th order' )
259      ENDIF
260      IF( ln_traadv_ubs .AND. nn_ubs_v == 4 ) THEN
261         CALL ctl_warn( 'tra_adv_init: UBS scheme, only 2nd FCT scheme available on the vertical. It will be used' )
262      ENDIF
263      IF( ln_isfcav ) THEN                                                       ! ice-shelf cavities
264         IF(  ln_traadv_cen .AND. nn_cen_v == 4    .OR.   &                            ! NO 4th order with ISF
265            & ln_traadv_fct .AND. nn_fct_v == 4   )   CALL ctl_stop( 'tra_adv_init: 4th order COMPACT scheme not allowed with ISF' )
266      ENDIF
267      !
268      !                                !==  Print the choice  ==! 
269      IF(lwp) THEN
270         WRITE(numout,*)
271         SELECT CASE ( nadv )
272         CASE( np_NO_adv  )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   NO T-S advection'
273         CASE( np_CEN     )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   CEN      scheme is used. Horizontal order: ', nn_cen_h,   &
274            &                                                                        ' Vertical   order: ', nn_cen_v
275         CASE( np_FCT     )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   FCT      scheme is used. Horizontal order: ', nn_fct_h,   &
276            &                                                                        ' Vertical   order: ', nn_fct_v
277         CASE( np_MUS     )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   MUSCL    scheme is used'
278         CASE( np_UBS     )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   UBS      scheme is used'
279         CASE( np_QCK     )   ;   WRITE(numout,*) '   ==>>>   QUICKEST scheme is used'
280         END SELECT
281      ENDIF
282      !
283      CALL tra_mle_init            !== initialisation of the Mixed Layer Eddy parametrisation (MLE)  ==!
284      !
285   END SUBROUTINE tra_adv_init
286
287  !!======================================================================
288END MODULE traadv
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.